基于應用型車輛工程專業人才培養的互換性與測量技術課程教學設計

王曙道 唐學幫

【摘 要】本文針對互換性與測量技術課程中學生的學習主動性不強、學時不夠、授課形式較單一等問題，基于應用型車輛工程專業人才培養目標，從教學內容優化、教學思路和方法改進、實踐環節優化等方面論述互換性與測量技術課程的教學設計，以提高教學質量。

【關鍵詞】應用型車輛工程專業 人才培養 互換性與測量技術 教學內容 教學方法

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）02C-0146-03

作為世界第一大汽車產銷國，汽車產業已成為中國重要的工業支柱產業之一。然而，中國的汽車制造業目前還是大而不強，在一些關鍵技術、基礎工藝等方面仍然比較落后。例如，在技術標準的整體水平方面，標準修改更新速度慢，我國主導制定的國際標準很少，涉及精度設計及互換性的推薦性國家標準都是等同或等效采用ISO，并存在較大的滯后。

在汽車制造行業中，使用互換性標準和機械精度設計極為廣泛，也非常重要，從產品開發、工藝、加工、生產管理到使用維修等許多環節都密切相關，同時也是產品質量檢驗的重要基礎。互換性與測量技術課程是車輛工程專業的一門專業主干課程，以產品的測量、質量監控以及精度設計等諸多方面為基本內容，是聯系設計類與制造工藝類課程的紐帶，其理論性、實踐性、實用性都很強。該課程是工科學生學習基礎課到專業課學習的重要過渡，同時也是汽車制造企業中PE（Product Engineer/ Process Engineer）、IE（Industrial Engineer）、QE（Quality Engineer）等基層工程師所必備并熟練掌握的重要知識。為了進一步提升畢業生解決實際工程問題的能力，完善面向企業需求的應用型人才培養模式，研究互換性與測量技術課程的教學方法有著重要意義。

一、課程特點及現狀分析

互換性與測量技術是高等工科院校車輛工程專業開設的一門技術基礎課。它將標準化與計量學的重要知識融合起來，涉及工業工程中的產品開發、工藝、加工、生產管理等許多方面，是與制造工業緊密聯系的一門綜合性基礎學科。它在汽車設計和制造工藝系列課程中有著舉足輕重的作用，也是聯系相關基礎課、專業課和實踐課的橋梁，因此是一門車輛工程專業的重要專業基礎課。這門課程的鮮明特點是“四多一廣”，即名詞術語多、標準項目多、抽象概念多、符號代碼多，涉及的知識面廣，同時，理論性、實踐性和實用性都很強。學生在開始學習本課程時，缺乏所需要的專業生產知識和經驗，同時也未建立起工業工程相關的概念，還不能迅速適應學習本課程的內容。這就造成課程的難教、難學、難應用的狀況。

該課程多采用傳統的以教師為主導，學生單向接收信息的教學模式。主要存在以下問題：

第一，由于名詞術語、概念多，學習內容抽象，學生在學習時感覺枯燥，加之尚未建立工程思維模式，工程概念和實踐能力比較差，較難將學過的理論知識與工程實踐結合；很多學生甚至不知道所學的基礎理論課有何用途。這就導致學生的學習主動性下降，學習效果不佳。

第二，本門課程理論學時僅為26學時，而實際上需要大約40-50學時。在如此有限的學時內教完所有知識點，還要學生充分掌握并會應用，是完全做不到的。同時，部分教學用書及課件重理論、少實踐、少案例，部分內容陳舊，與最新的國家標準存在出入。

第三，授課形式較單一，雖然采用多媒體輔助授課，但主要還是以文字和圖片為主，難以將抽象的概念和定義變得形象生動，教學效果有限。若課程講解缺乏主線，則造成學生所學知識點呈散沙狀，不能形成課程知識體系，很容易使學生感到枯燥乏味，知識難以掌握，不知學來何用。實驗內容多為對單個元素（孔、螺紋等）進行測量，或學習某種量儀的使用，并未充分與本專業主干緊密聯系，這導致學生不知道所學知識具體用在何處，甚至有學而無用的思想。在工廠見習階段，多為走馬觀花，即使學生認真觀察并積極提問，但受限于時間和現場條件，所學不多且難與課程知識充分聯系。

以上問題導致學生實際應用能力差。學生在學習過程中感覺知識點太多，找不到重點，雖然能夠聽懂基本理論，但在解決實際問題中不知如何應用。這是由于還處于從學生身份到工程技術人員身份的轉變過程中，缺乏從工程問題中找到理論模型的能力，也對缺乏工程實際的理解，不了解解決方案在工程實際中的意義。在學習專業課程中難以領會理解相關知識點，比如學習汽車制造工藝學中的加工質量、裝配精度等內容時不能將之前所學知識融會貫通，造成學習困難。最終導致在學生的課程設計、畢業設計和方程式賽車設計等活動中廣泛存在缺乏精度設計思維，圖紙中的尺寸精度、幾何精度、表面粗糙度及尺寸鏈等方面不合理甚至根本未考慮，在工作中出現不考慮加工工藝經濟性、基準不統一、不會根據工廠實際選擇合理加工精度等問題。

二、課程的設計及教學模式的探索

（一）教學內容優化選擇

本課程的教學，不能僅以知識的傳授為重點，而應根據本課程的特點，以培養學生的工程思想為核心，緊密聯系工程實際，在教學中抓住重點，簡化難點。

教學內容的設計上應遵循的原則：一是課程中基本概念及術語必須講解透徹，適當介紹其出處、產生原因等拓展內容以加深印象；二是課程緊密圍繞工程實踐能力教育，增加工程實踐實例；三是及時引入技術最新發展成果，緊緊圍繞國家新標準，并兼顧舊標準，以新國家標準為基準，對于正處于過渡階段的舊標準內容做簡單介紹，同時比較新舊標準，便于學生在生產實踐中應用。根據專業方向及就業實際情況，突出重點內容，對于將來應用較少的內容采用簡要介紹加自學方式及定期答疑。

因此在教參用書的選擇上，除了合理性、準確性等因素，還應注意以下幾點：采用國家最新標準，側重于新標準的理解與應用，強調理論聯系實際，側重分析解決工程實際問題。課程章節內容具體安排如下：緒論（1學時），尺寸精度設計（7學時），測量技術基礎（2學時），幾何精度設計（6學時），表面粗糙度（2學時），光滑工件尺寸的檢驗（2學時），滾動軸承配合、鍵連接、螺紋連接、漸開線圓柱齒輪的互換性及精度設計（共4學時），尺寸鏈（2學時）；另有實驗6學時。

（二）教學思路及方法改進

互換性與測量技術課程是與工程實際很多方面緊密關聯的技術基礎課，與很多基礎課相比，相對缺乏一般理論課的系統性和邏輯性。如果在教學過程中按照教材逐一介紹講解，則易使學生僅學到一堆分散雜亂的零散知識。因此，教師應掌握課程內在的系統性和邏輯性：課程研究對象從單一幾何參數到各種典型零部件及整個機械系統，其主線就是幾何精度的設計和檢測，各種參數相互獨立又有關聯。在掌握主線并輔以專業相關的案例進行教學，就比較容易使學生掌握課程內容。

傳統教學方法不論是采用黑板形式還是多媒體形式，都是將課本內容逐字逐句講解給學生，但是這種以教師和教材為中心的接受性學習方式存在較多不足，學生被動接受教師所輸出的信息，學習偏重于死記硬背、淺層理解和簡單應用，甚至可能在課堂上打瞌睡、玩手機，根本沒有理會教師在講什么。為了有效調動學生的積極性，促進學生思考，激發學生的學習熱情，應合理根據所教內容采取不同的方法，如啟發式教學、討論式教學、案例教學、基于問題的學習法等，促進學生積極采用自主性學習、合作性學習和探究性學習方式。

例如，在第一節課中用好啟發式教學法來引起學生的學習興趣。新課程對學生有一定的新奇感，較容易引起學生的求知欲。教師可以通過學生身邊或平時關注的問題來調動學生的興趣，引導學生思考。比如介紹國產大飛機C919從設計到制造過程是怎樣通過圖紙傳遞信息的；汽車是由成千上萬個零件組成的，生產線怎樣在幾十秒鐘就產出一臺車呢？身邊的節能燈壞了，是否任意買一個就能裝上使用？為什么有些直徑一樣的螺桿卻不能擰入同樣的螺母中？諸如此類問題是學生熟悉但又不能使用專業知識詳細解釋的。在講解到優先數知識點時，介紹其從熱氣球繩索簡化的由來并以常用螺紋規格M6、M8、M10、M12、M14、M16來舉例說明。這樣隨著課堂內容的深入，學生帶著問題去學習思考，就會感到所學知識并不是完全抽象的，更不是無用的，而是與工程實踐有緊密關聯的，從而認識到本課程的重要性并激發學習興趣。

圍繞幾何精度的設計和檢測這個主線，課堂上多采用學生在實踐拆裝課程中已有一定感性認識的變速箱輸入/輸出軸、發動機曲軸等零部件舉例，結合這些零件上的關鍵部位講解相應的尺寸公差和形位公差概念；再利用實驗室現有的長、短軸零件，配以完整的零件圖，由學生測量相關尺寸后，判斷相應的尺寸及公差是否符合，并討論零件設計時采用哪種公差原則，同時引導學生思考獨立原則、包容原則和最大實體原則分別在滿足功能要求、工藝性和經濟性等方面的不同點，從而加深對理論知識的理解深度并建立起學生在處理問題中的工程思維。

在測量誤差的教學中，課堂講解隨機誤差和粗大誤差后，布置學生自學系統誤差的內容，以及相應的思考題，再結合零件測量實驗課的內容，對三類誤差的特點和性質進行對比，就可以使學生更好地理解如何在實際測量中預防和減少誤差影響。

根據泰勒的三個基本準則中統合性的要求，教師還需要打破學科界限與體系，橫向聯系其他課程。結合學生已學習或正在學習的金屬工藝學、機械設計基礎、發動機拆裝等課程相關內容，融合相關知識點，使學生能將所學知識有機結合并與實踐統一。這也要求教師不斷學習，提高自身素質，對教學內容不斷研讀完善，了解最新技術動態，更新知識，做到教與學相輔相成。比如在尺寸鏈章節中增環和減環的判斷是尺寸鏈計算的重點，但較多教材只講述增、減環的定義，而沒有解釋如何判斷組成環，這就可以借鑒王寶璽主編的《汽車制造工藝學》中環繞法進行判斷并加到教學內容中。在后期汽車設計、汽車制造工藝學等課程教學中，結合專業知識復習精度設計相關內容，突出公差在工程實踐中的應用。

在多媒體課件的制作上需要突出啟發式教學，不能簡單地采用動畫、視頻，而應以合理、生動的動畫調動學生的積極性，在動畫切換中留出給學生思考的時間，配合適當的板書等手段，充分發揮多媒體課件應有的作用。同時，充分靈活使用MOOC在線學習平臺、問卷星、互動ASP網頁等網絡資源引導學生進行預習、復習及自學，并及時全面了解學生的學習動態。

重視教學的反思總結工作。教學反思是教學活動中的重要一環，通過不斷的反思反省，結合教學考核和評價結果，去蕪存菁，不斷改進，才能更好地提高教學效果的合理性和有效性。

（三）實踐環節優化

通過實習、實驗，學生能有更深的感性認識，強化求知欲望，提高動手實踐能力；配合適當的實驗設置和引導講解，能提高學生將之前所學知識和實踐結合的程度。

在實驗環節采用拆裝實踐課中學生已接觸過的零件結合相應的測量裝備設置實驗內容，并引導學生結合拆裝中的松緊程度分析孔軸配合公差帶的知識，使學生對公差知識的認識逐步提高到工程層面。

在見習環節中，應事先充分了解所參觀的工廠加工工藝，并設定相關的課題，要求學生在見習之前初步分析課題，在見習過程中思考尋找答案，通過分組討論、小組答辯等方式，使學生所學的理論知識與工程實踐真實融合，建立初步的工程概念。

總之，圍繞應用技能型人才培養的主題，精心設計教學內容，把握課程主要思想，通過以教促學、以學促教的思路改進教學方法，可有效解決教學內容多和課時不足的矛盾，將實踐與學習有機結合，進一步幫助學生積極思考并建立初步的工程思想體系，提高學生解決工程實際問題的能力。掌握幾何精度設計及測量技術是提高車輛工程專業學生工作能力的重要組成部分，也是非常重要的基礎能力。只有在教學中理論聯系實際，不斷提高教學質量，才有助于學生工實踐能力的培養，成為適應企業需要的工程技術人才。

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（責編 蘇 洋）